烧结烟气中SO₂的排放量占钢铁行业所排总量的50%～70%,直接排放会造成严重环境污染和资源浪费。循环流化床烟气脱硫技术因其占地面积小、操作简单、无废水产生、尤其对现有企业具有较强的适应性等特点,在烧结烟气脱硫中得到应用。但因脱硫过程中产生的脱硫副产物——脱硫灰中CaSO₃含量较高,制约了其有效地综合利用。本文在分析了循环流化床烧结烟气脱硫灰理化特性、物相结构、热稳定性的基础上,建立了温度、时间和气固比与脱硫灰转化率之间的数学模型,并得出了改性工艺最佳优化条件,建立了脱硫灰氧化动力学方程,改性后的脱硫灰可用于生产胶凝材料、缓凝剂等,开拓了脱硫灰资源化利用的新途径。采用国标化学分析方法、碘量法及SEM、BET、XRD等现代分析手段分析脱硫灰的理化特性结果表明:循环流化床烧结烟气脱硫灰在常温干燥的环境下较为稳定,化学成分无明显变化;其颗粒为不规则形,呈多孔状,颗粒表面光滑,结构疏松;矿物相组成主要有CaSO₃、CaSO₄、CaCO₃、刚玉及莫来石,另外还含有无定形物质玻璃体和未燃碳份等。借助SEM、XRD对脱硫灰的热稳定性研究表明,亚硫酸钙无论在空气或氮气中,在分解之前已被氧化,生成性质稳定的硫酸钙,且当温度低于450℃时比较稳定,仅发生失去结晶水的变化;湿态下的脱硫灰比干燥态的易氧化:在高温条件下,气氛中氧气浓度越高,脱硫灰中的CaSO₃更容易氧化为CaSO₄,碱性氧化物CaO对脱硫灰的稳定性有抑制作用,而Fe₂O₃对脱硫灰的氧化有促进作用。采用单因素实验对循环流化床烧结烟气脱硫灰中CaSO₃转化为CaSO₄的改性工艺进行研究,结果表明:在45～90℃以二氧化锰、三氧化二铁、五氧化二钒为催化剂时,脱硫灰转化率不超过3%,催化效果依次为二氧化锰＞三氧化二铁＞脱硫灰＞五氧化二钒;在100～400℃之间脱硫灰转化率随温度的升高缓慢增加,400～550℃之间随温度的升高急剧增加;当反应时间t＜30 min时,脱硫灰转化率随时间的增加而增加,在30 min时转化率达到81.3%,当t＞30 min时,转化率随时间变化不明显;在气固比为0.01～0.06 m³·h^-1·g^-1时,转化率随气固比呈正比关系增长,而当气固比继续增大时,转化率反而下降。结合BOX-Behnken的中心组合实验设计及响应面分析法,建立了温度、时间和气固比与脱硫灰转化率之间的数学模型,通过模型分析得到温度对脱硫灰的转化率的影响最大,同时温度和气固比的交互作用与温度和时间的交互作用对脱硫灰的转化率的影响作用相同,得到的改进预测模型为Y=0.841+0.195X₁+0.0748X₃-0.113X₁²,其中X₁和X₃分别代表温度和气固比的编码水平,且脱硫灰的最佳改性工艺条件为温度453℃、时间30 min、气固比0.04 m³·h^-1·g^-1。讨论了非均相反应体系中脱硫灰氧化动力学,并建立了时间-转化率的关系函数,结果表明:当t＜30 min时,在此阶段扩散过程为控制过程,当t＞30 min时,时间—转化率关系函数表现出氧气仍保持一定的扩散和传质速率,而化学反应速率有所降低。因此,在反应后期化学反应过程成为整个转化反应的控制步骤。转化反应不是基元反应,对CaSO₃·1/2H₂O为0.7级反应,对O₂为2.0级反应。